Реакция якоря синхронного генератора на подключение нагрузки

В процессе работы нагруженного синхронного генератора в нем одновременно действуют МДС возбуждения Fв.о. и статора (якоря) F , при этом МДС статора (якоря) воз­действует на МДС возбуждения, усиливая или ослабляя поле воз­буждения или же искажая его форму. Воздействие МДС обмотки статора (якоря) на МДС обмотки возбуждения называется реакци­ей якоря. Реакция якоря оказывает влияние на рабочие свойства синхронной машины, так как изменение магнитного поля в маши­не сопровождается изменением ЭДС, наведенной в обмотке стато­ра, а следовательно, изменением и ряда других величин, связан­ных с этой ЭДС. Влияние реакции якоря на работу синхронной машины зависит от значения и характера нагрузки.

Активная нагрузка (ψ = 0). На рис. 20.5, а представлены статор и ротор двухполюсного генератора. На статоре показана часть фазной обмотки. Ротор явнополюсный, вращается против движения часовой стрелки. В рассматриваемый момент времени ротор занимает вертикальное положение, что соответствует мак­симуму ЭДС Е₀ в фазной обмотке. Так как ток при активной на­грузке совпадает по фазе с ЭДС, то указанное положение ро­тора соответствует также и максимуму тока. Изобразив линии магнитной индукции поля возбуждения (ротора) и линии магнит­ной индукции поля обмотки статора, видим, что МДС статор направлена перпендикулярно МДС возбуждения Fв.о. Этот вывод также подтверждается векторной диаграммой, построенной для же случая. Порядок построения этой диаграммы следующий: в соответствии с пространственным положением ротора генерато­ра проводим вектор МДС возбуждения Fв.о.; под углом 90° к этому вектору в сторону отставания проводим вектор ЭДС Ё₀ , наведенную магнитным полем возбуждения в обмотке статора; при подключении чисто активной нагрузки ток в обмотке

Рис. 20.5. Реакция якоря синхронного генератора при активной (а), индуктивной (б) и емкостной (в) нагрузках

статора, совпадает по фазе с ЭДС Ё₀ , а поэтому вектор МДС статора, создаваемый этим током, сдвинут в пространстве относительно вектора Fв.о. на 90°.

Такое воздействие МДС статора (якоря) F , а МДС возбуж­дения Fв.о. вызовет искажения результирующего поля машины: магнитное поле машины ослабляется под набегающим краем по­люса и усиливается под сбегающим краем полюса (рис. 20.6). Вследствие насыщения магнитной цепи результирующее магнит­ное поле машины несколько ослабляется. Объясняется это тем, что размагничивание набегающих краев полюсных наконечников и находящихся над ними участков зубцового слоя статора проис­ходит беспрепятственно, а подмагничивание сбегающих краев по­люсных наконечников и находящихся над ними участков зубцово­го слоя статора ограничивается магнитным насыщением этих элементов магнитной цепи. В итоге результирующий магнитный поток машины ослабляется, т. е. магнитная система несколько размагничивается. Это ведет к уменьшению ЭДС машины

Индуктивная нагрузка (ψ = 90°). При чисто индуктивной нагрузке генератора ток статора I, отстает по фазе от ЭДС Ё₀ на 90°. Поэтому он достигает максимального значения лишь после поворота ротора вперед на 90° относительно его положения, соот­ветствующего максимуму ЭДС Ё₀ (см. рис. 20.5, б). При этом МДС F , действует вдоль оси полюсов ротора встречно МДС воз­буждения Fв.о. В этом мы также убеждаемся, построив векторную диаграмму.

Такое действие МДС статораослабляет поле машины. Сле­довательно, реакция якоря в синхронном генераторе при чисто индуктивной нагрузке оказывает продольно-размагничивающее действие.

В отличие от реакции якоря при активной нагрузке в рассмат­риваемом случае магнитное поле не искажается.

Емкостная нагрузка
(ψ = -90°). Так как ток I, при емкостной нагрузке опережает по фазе ЭДС Ё₀ на 90°, то своего наибольшего значения он достигает раньше, чем ЭДС, т. е. когда ­ ротор займет положение, показанное на рис. 20.5, в. Магнитодвижущая сила статоратак же, как ­­ и в предыдущем случае, действует
по оси полюсов, но теперь уже согласно с МДС возбуждения Fв.о.

При этом происходит усиление магнитного поля возбуждения.
Таким образом, при чисто емкостной нагрузке синхронного гене­
ратора реакция якоря оказывает продольно-намагничивающее
действие. Магнитное поле при этом не искажается.

Смешанная нагрузка.

При смешанной нагрузке синхронного генератора ток статора I, сдвинут по фазе относительно ЭДС Е₀ на угол \|/,, значения которого находятся в пределах 0 < \|/< ±90°. Для выяснения вопроса о влиянии реакции якоря при смешанной нагрузке воспользуемся диа­граммами МДС, представлен­ными на рис. 20.7. При активно-индуктивной нагрузке (рис. 20.7, а) вектор от­стает от вектора Е₀ на угол 0 <\|/ < 90°. Разложим вектор Р\ на две составляющие: продольную составляющую МДС статора и поперечную составляющую МДС статора.

Такое же разложение МДС якоря на составляющие можно сделать в случае активно-емкостной нагрузки (рис. 20.7, б). Поперечная составляющая МДС статора представ­ляющая собой МДС реакции якоря по поперечной оси, пропор­циональна активной составляющей тока нагрузки,а продольная составляющая МДС статора (якоря) _, представляющая собой МДС реакции якоря по продольной оси, пропорциональна реактивной составляющей тока нагрузки

При этом если реактивная составляющая тока нагрузки отста­ет по фазе от ЭДС Ё₀ (нагрузка активно-индуктивная), то МДС якоря размагничивает генератор, если же реактивная составляющая тока опережает по фазе ЭДС Ё₀ (нагрузка активно-емкостная), то МДС якоря подмагничивает генератор.